焊接知识讲义

- 1 - 焊接知识培训讲义

第一章 焊接的定义和发展以及在现代工业中的应用

第一节、焊接的定义

1、通过加热或加压或两者并用，用或不用填充材料，使工件达到原子间的结合的一种连接方法。

2、通过适当的物理、化学过程使两个分离的固态物体产生原子（分子）间的结合力而连接成一体的连接方法。

被连接的物体可以是同类的；也可以是不同类的；也可以是金属；也可以是非金属的（石墨、陶瓷、玻璃、塑料、金刚石、橡胶等）。由于金属的焊接比较普遍而且应用比较广泛，所以，在日常中，我们所指的焊接指的是金属焊接，也就是狭义上的焊接。

第二节、焊接技术的发展

从人类的发展角度来看，所以的知识都是劳动人民智慧的结晶。焊接技术作为知识长河中的一朵浪花，同样也是与千千万万的劳动人民的辛勤劳作息息相关的。

1、 早期的焊接，是把两块熟铁（钢）加热到红热状态以后用锻打的方法连接在一起的锻接；用火烙铁加热低熔点铅锡合金的软钎焊，已经有几百年甚至更长的应用历史了；但是，在目前工业生产中广泛使用的焊接方法几乎都是19世纪末、20世纪初的现代科学技术，特别是电子工业技术迅速发展以后所带来的现代工业的产物，这些焊接方法与金属切削加工、压力加工、铸造、热处理等其他金属加工方法一起构成的金属加工技术是现代一切机器制造工艺，其中包括汽车、船舰、飞机、航天、原子能、石油化工、电子等工业部门的基本生产工艺。可以毫不夸张地说，没有焊接方法的发展，就不会有现代工业和科学的今天，1885年俄国人别那尔道斯发明了碳极电弧可以看作是电弧作为工业热源应用的创造。而电弧焊真正应用于工业则是在1892年发现金属极电弧后，特别是1930年前后出现了薄皮和厚皮焊条以后才逐渐开始的。

电阻焊是1886年由美国人发明的，它的大规模工业应用也几乎跟电弧焊同时代。

1930年以前，焊接在机器制造工业中的作用还是微不足道的，当时造船、锅炉、飞机等制造工业基本上还是铆焊方法。这种铆焊方法不仅生产效率低，而且连接质量也不能满足船体、飞机等产品的发展要求，因此自从1930年以后，电弧焊和电阻焊就逐渐取代铆焊，成为机器制造工业中的一种基本加工工艺。到目前为止，已经发展为20多种基本焊接方法，派生方法就更多了。由此可见，从电弧焊和电阻焊的大量应用算起，至现代焊接方法只有半个多世纪的历史。

2、 50年来正是现代工业和科学技术发展的年代，特别是航天、原子能、电子、石油化工、海洋开发等部门迅猛发展的时代。一方面：这些工业和科学技术的发展不断啊提出了各种使用要求（动载、强韧性、高压、高温、低温、耐腐蚀、耐磨损等），各种结构形式（壁厚式截面直径从几微米到几千毫米）及各种黑色和有色金属材料的焊接问题。例如：造船和海洋开发工业的发展；要求解决各种耐高、低温及耐腐蚀介质的压力容器的焊接。另一方面：现代工业和科学的大量成就又成为焊接方法的发展提供了宽广的技术基础，焊接方法就是在现代工业和科学技术推动下相辅相成地蓬勃发展起来的，80年代还进行了太空焊接试验，在现代还进行了水下焊接实验，可以预料，随着工业和科学技术的不断发展、焊接也必定有新的跃进！ - 2 - 3、 随着现代技术的发展，焊接技术的发展也有了新的趋向：

a) 宏观上：大容量、高参数、高寿命、高质量；

b)材料上：活性材料、符合材料、非金属材料（有机、无机）、功能材料：

c)设备上：自动化、机械化、智能化

d)微观上：高性能、高生产率

第二章、焊接本质和分类

金属等固体所以能保持固定的形状是因为内部原子之间间距（晶格）十分小，原子之间形成了牢固的结合力，除非施加足够的外力破坏这些原子间结合力，否则，一块固体金属是不会变形或分离成两块的。要实现两个分离的金属构件连接在一起，从物理本质上来看就是要使这两个分离的构件的连接表面上的原子彼此接近到金属的晶格距离（0.3~0.5 ）

在一般情况下，当我们把两个金属构件放在一起时；由于①表面的粗糙度，即使是精密磨削加工的金属表面粗糙度仍然有几到几十微米（1μm=10-8mm>>1A=10-10mm）;②表面存在的氧化膜和其他污染物阻碍着实际金属表面原子之间接近到晶格距离并形成结合力。目前找到的基本途径，就形成了焊接的基本分类。

1、熔化焊接

使被连续的构件表面局部加热熔化成液体，然后冷却结晶成一体的方法称为熔化焊接。为了实现熔化焊接，关键是要有一个能量集中、温度足够高的加热热源。按照热源形成不同，熔化焊接基本方法分为：气焊（以氧乙炔或其他可燃气体燃烧火焰为热源）；铝热焊（以铝热剂放热反应热为热源）；电弧焊（以气体导电时产生的热为热源）；电阻点、缝焊（以焊件本身通电时的电阻热为热源）；电渣焊（以熔渣导电时的电阻热为热源）；电子束焊（以高速运动的电子束流为热源）；激光焊（以单色光子束流为热源）等若干。

其次，为了防止局部熔化的高温焊缝金属因跟空气接触而造成成分、性能的不良、熔化焊接过程一般都必须采取有效的隔离空气的保护措施，基本形式是：真空、气体保护和渣相保护三种。例如：熔化焊接方法中最重要的电弧焊就可以按照保护方法不同分为埋弧焊、气保护焊等很多种。此外，电弧焊还可以按照电极特征分为熔化电极和非熔化电极两大类。

2、压力焊接

利用摩擦、扩散和加压等物理作用克服两个连接表面的不平度，除去（挤走）氧化膜及其他污染物，使两个连接表面上的原子互相接近到晶格距离，从而在固态条件下实现的连接称为固相焊接。固相焊接时通常必须加压，因此，通常这类加压的焊接方法称为压力焊接，为了使固相焊接容易实现，固相焊接大都在加压同时伴随加热措施，但这类加热温度通常都是低于焊点的熔点，因此，固相焊接一般都无须保护措施（扩散焊接除外）

按照加热方法不同，压力焊接的基本方法有：冷压焊（不采取加热措施的压焊）、摩擦焊、超声波焊、爆炸焊、锻焊、扩散焊、电阻对焊、闪光对焊等若干种。

应该注意的是，通常所指的电阻焊都可以称为压力焊（焊接过程中都需要加压），即属于固相焊接。但有些电阻焊（点、缝焊）接头形成过程伴随着熔化结晶过程，但是在加压条件中进行的，仍属于压力焊。

3、钎焊

利用某些熔点低于被连接构件材料熔点的熔化金属（钎料）作连接的媒介物在连接界面上的流散作用，然后冷却结晶形成结合面的方法称为钎焊。显然钎焊过程也必须采取加热（以使钎料熔化，但母材不熔化）和保护措施（以使熔化的钎料不跟空气接触），按照热源和保护条件不同，钎焊方法分为：火焰钎焊（以氧乙炔燃烧火焰为热源）；真空或充气感应钎焊（以高频感应电流的电阻热为热源）；电阻炉钎焊（以电阻炉辐射为热源）；盐浴钎焊（以高温盐浴为热源）等若干种。 - 3 -

螺柱焊

焊条电弧焊

熔化极

埋弧焊

CO2电弧焊

电弧焊

铝热焊 钨极氩弧焊

电渣焊 非熔化极 原子能焊

熔化焊接 电子束焊 等离子弧焊

激光焊 氧气

气焊 氧乙炔

空气乙炔

基本焊接方法

电阻点、缝焊

电阻对焊

冷压焊

压力焊接 超声波焊

爆炸焊

锻焊

扩散焊

摩擦焊

火焰钎焊

感应钎焊

钎焊 炉钎焊

盐浴钎焊

电子束钎焊

第三章、焊装车间的几种焊接方法

第一节、点焊和凸焊

一、点焊

点焊（spot welding）：焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊方法。

点焊的原理图如下： - 4 - R总ewwcwwe

R总——焊接区总电阻

Rew——电极与焊件之间接触电阻

Rw——焊件内部电阻

Rc——焊件之间接触电阻

根据焦耳定律焊接区的总析热量： Q=I2Rt

1、点焊的特点、分类和应用

例：板厚1+1MM的低碳钢板，采用表中的任一组规范进行点焊均可以得到质量良好的接头：

焊接电流

（I/A） 焊接时间

(t/s)

(1s=50cyc) 电极压力

（Fw/N） 电极头端面直径（D/mm） 熔核

（d/mm） 拉伸剪切载荷

（Fτ/N）

最佳规范 8800 0.16 2250 6.4 5.8 6100

中等规范 7200 0.34 1500 6.4 5.4 5400

普通规范 5600 0.60 750 6.4 5.3 5300

分析此例，可知，点焊有如下基本特点：

a、焊件间靠尺寸不大的熔核（mugget）进行连接，熔核应该均匀，对称的分布在两焊件的贴合面上；

b、点焊具有大电流、短时间、压力状态下进行焊接的工艺特点：

c、点焊是热——机械（力）联合作用的焊接过程。

对焊件供电的方向可分为：单面点焊，双面点焊和间接点焊；

对一次形成的焊点数可分为：单点点焊，双点点焊，多点点焊；

按所用的焊接电流波形可分为工频点焊，电容贮能点焊，直流冲击点焊，三相低频点焊和次级整流点焊。

2、对点焊接头的质量的一般要求

点焊的质量要求，首先体现在点焊接头要具有一定的强度而强度主要取决于熔核尺寸（直径和焊透率），熔核本身及其周围热影响区的金属显微组织及缺陷情况。前者是“量”的变化，后者是“质”的因素。一般来说，由于点焊的工艺特点使其与熔化焊相比，“质”的因素产生的问题较少。

由于点焊的工艺特点，点焊是有自己的基本应用范围的，如下表所示。 类型 规范 - 5 -

点焊的基本应用范围

点焊材料 板厚(mm) 接头形式 焊点的空间位置 焊接工作条件和特点 备注

低碳钢 ≤12 搭接 任意 要求焊接强度达到要求 1、最小厚度≥0.1mm

2、厚度比一般不超过3

合金结构钢 ≤10

不锈钢 ≤6

耐热合金 ≤3

铝合金 ≤3

钛合金 ≤3

点焊接头尺寸的大致确定

序

号 经验公式 简图 备注

1 D=2δ+3

δ板材1板材2 d—熔核直径（mm）

A—焊透率（%）

c’ —压痕深度（mm）

e—点距（mm）

s—边距（mm）

δ—薄件厚度（mm） 2 A=30~70

3 C’≤0.2δ

4 e>8δ

5 s>6δ

注：焊透率A=h/δ*100%

3、点焊的过程分析

点焊焊接循环：

三个阶段：a—预压阶段；b、c—通电加热阶段；d—冷却结晶。

四个程序：1—加压程序；2—焊接程序；3—维持程序；4—休止程序。

点焊接头的形成：

、IFw点焊的三个阶段